Schlussbericht, 21. Dezember 2015
Schlussbericht «Benchmar- king Biogas»
Aufbau eines Benchmark Sys-
tems für landwirtschaftliche Bio-
gasanlagen in der Schweiz
Autoren
Anspach Victor, IBA
Bolli Simon, Ökostrom Schweiz
Diese Studie wurde im Auftrag von EnergieSchweiz erstellt. Für den Inhalt sind alleine die Autoren verantwortlich.
EnergieSchweiz
Bundesamt für Energie BFE; Mühlestrasse 4, CH-3063 Ittigen; Postadresse: 3003 Bern Tel. 058 462 56 11, Fax 058 463 25 00, contact@bfe.admin.ch, www.energieschweiz.ch
Projektverantwortung:
Genossenschaft Ökostrom Schweiz Oberwil 61, CH-8500 Frauenfeld
Tel. 056 444 24 90, Fax. 056 442 06 72 www.oekostromschweiz.ch
Projektleitung:
Simon Bolli
Genossenschaft Ökostrom Schweiz Oberwil 61, CH-8500 Frauenfeld
Tel. 056 444 24 95, Fax. 056 442 06 72 www.oekostromschweiz.ch
Kooperationspartner:
Dr. Victor Anspach Ingenieurbüro Anspach
Bahnhofstrasse 31, CH-8280 Kreuzlingen Tel. 071 671 25 30
victor.anspach@ibanspach.ch www.ibanspach.ch
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Inhaltsverzeichnis
1. Vorwort ... 6
2. Kurzzusammenfassung – Projekt Benchmarking Biogas ... 6
3. Projektbeschrieb und Zielsetzung ... 7
4. Projektablauf ... 8
5. Methode und Detailinformationen ... 10
5.1 Methode des Benchmarking... 10
5.2 Systemgrenzen ... 13
5.3 Methodische Detailinformationen ... 14
5.4 Kennzahlen ... 17
5.4.1 Betriebswirtschaftliche Kennzahlen ... 17
5.4.2 Produktionstechnische Kennzahlen ... 18
5.4.3 Prozessbiologische Kennzahlen ... 18
5.5 Technische Umsetzung ... 19
6. Ergebnisse des Benchmarking Biogas... 21
6.1 Allgemeine Ergebnisse ... 21
6.1.1 Grundgesamtheit und teilnehmende Biogasanlagen ... 21
6.1.2 Hintergrundinformationen zum Landwirtschaftsbetrieb ... 21
6.1.3 Installierte Leistung ... 22
6.1.4 BHKW Technik ... 23
6.1.5 Fermenter und Nachgärer ... 23
6.1.6 Gasspeicher ... 24
6.1.7 Entwicklung der Stromproduktion ... 24
6.1.8 Anlagenproduktivität ... 25
6.1.9 Wärmenutzungskonzepte und Grad der Wärmenutzung ... 26
6.1.10 Substrateinsatz ... 27
6.2 Technische Kennzahlen aus dem Benchmarking ... 29
6.2.1 Volllaststunden BHKW – Arbeitsauslastung ... 30
6.2.2 Eigenstromverbrauch ... 30
6.2.3 Jahresnutzungsgrade ... 31
6.2.4 Stromausbeuten aus den Substraten ... 32
6.3 Biologische Kennzahlen aus dem Benchmarking ... 32
6.3.1 Verweilzeiten und Raumbelastung ... 32
6.3.2 Biogasproduktivität ... 34
6.4 Ökonomische Kennzahlen aus dem Benchmarking ... 35
6.4.1 Investitionstätigkeit ... 35
6.4.2 Leistungspositionen der Betriebszweigauswertung ... 36
6.4.3 Kostenpositionen der Betriebszweigauswertung ... 38
6.5 Zusammenfassung und Diskussion der Resultate ... 45
7. Kundennutzen des Benchmarking ... 50
7.1 Anlagenbetreiber bestehender Biogasanlagen ... 50
7.2 Zukünftige Anlagenbetreiber in der Planungsphase ... 50
8. Allgemeine Schlussfolgerungen zum Projekt Benchmarking Biogas ... 51
9. Literatur ... 52
10. Anhang ... 53
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Tabellenverzeichnis:
Tabelle 1: Installierte Nennleistung der Biogasanlagen ... 22
Tabelle 2: Durchschnittliche Behälterkapazitäten nach Grössenklassen je Anlage ... 23
Tabelle 3: Gasspeicherkapazitäten der Biogasanlagen ... 24
Tabelle 4: Entwicklung der Stromproduktion in den Pilotphasen ... 24
Tabelle 5: Entwicklung der Anlagenproduktivität (BGA bis 150kW) ... 25
Tabelle 6: Entwicklung der Anlagenproduktivität (BGA über 150kW) ... 26
Tabelle 7: Benchmarking Volllaststunden ... 30
Tabelle 8: Benchmarking Eigenstromverbrauch ... 30
Tabelle 9: Benchmarking energetische Jahresnutzungsgrade... 31
Tabelle 10: Stromausbeuten aus den Substraten ... 32
Tabelle 11: Verweilzeiten im gasdichten System (Fermenter und Nachgärer) ... 33
Tabelle 12: Raumbelastung der Gärbehälter ... 33
Tabelle 13: Biogasproduktion aus den Substraten ... 34
Tabelle 14: Investitionen in die Biogasanlagen ... 35
Tabelle 15: Veränderung der Anteile an den Leistungen Pilotphase II zu III ... 38
Tabelle 16: Veränderung der Anteile an den Leistungen Pilotphase I zu II ... 38
Tabelle 17: Anteil der Direktkosten an den Gesamtkosten in Pilotphase III ... 40
Tabelle 18: Anteil der Direktkosten an den Gesamtkosten in Pilotphase II ... 40
Tabelle 19: Anteil der Betriebskosten an den Gesamtkosten in Pilotphase III ... 41
Tabelle 20: Anteil der Betriebskosten an den Gesamtkosten in Pilotphase II ... 41
Tabelle 21: Benchmarking Arbeitseffizienz ... 42
Tabelle 22: Anteil der Anlagekosten an den Gesamtkosten in Pilotphase III ... 43
Tabelle 23: Anteil der Anlagekosten an den Gesamtkosten in Pilotphase II ... 44
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Abbildungsverzeichnis:
Abbildung 1: 5-Phasen-Konzept des prozessorientierten Benchmarking ... 11
Abbildung 2: Systemgrenzen der Biogasanlage ... 13
Abbildung 3: Verteilung der landwirtschaftlichen Biogasanlagen (Ökostrom Schweiz Mitgliedsanlagen, Stand 2014) und der Teilnehmer an den Pilotphasen ... 21
Abbildung 4: Inbetriebnahmejahr der Biogasanlagen ... 22
Abbildung 5: Aufteilung der BHKW nach Technologie... 23
Abbildung 6: Entwicklung Stromerzeugung 2014 zu 2013 nach Grössenklassen ... 25
Abbildung 7: Entwicklung der Wärmenutzung (ohne Wärmebedarf der Biogasanlage) .. 27
Abbildung 8: Durchschnittlicher Substrateinsatz der Biogasanlagen in Pilotphase III .... 28
Abbildung 9: Veränderung Substrateinsatz Pilotphase III zu Pilotphase II ... 29
Abbildung 10: Veränderung Substrateinsatz Pilotphase II zu Pilotphase I... 29
Abbildung 11: Anteil der Grundinvestitionen an den Baugruppen ... 36
Abbildung 12: Relative Verteilung der Leistungen in Pilotphase III ... 37
Abbildung 13: Relative Verteilung der Kosten in Pilotphase III ... 39
Abbildung 14: Durchschnittlicher Substrateinsatz der Biogasanlagen in Pilotphase II .... 53
Abbildung 15: Durchschnittlicher Substrateinsatz der Biogasanlagen in Pilotphase I ... 53
Abbildung 16: Relative Verteilung der Leistungen in Pilotphase II ... 54
Abbildung 17: Relative Verteilung der Kosten in Pilotphase II ... 54
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1. Vorwort
Im Rahmen des von EnergieSchweiz geförderten Projektes „Aufbau eines Benchmark Systems für landwirtschaftliche Biogasanlagen in der Schweiz“ wurde ein Benchmarking System für landwirtschaftliche Biogasanlagen entwickelt, getestet und durchgeführt.
Das Gesamtprojekt wurde in zwei zeitlich nacheinander folgende Teilprojekte gegliedert.
Teilprojekt 1 (2013; Vertragsnummer SI/400929-01) beinhaltete fachliche, methodische und technische Vorabklärungen für den Aufbau und die Durchführung eines Benchmar- king. Teilprojekt 2 (2013-2015; Vertragsnummer SI/400929-02) umfasste den techni- schen Aufbau, die Umsetzung sowie die dreimalige Durchführung des Benchmarking (Pi- lotphasen I-III) für die Jahre 2012, 2013 und 2014.
2. Kurzzusammenfassung – Projekt Benchmarking Biogas
Ausgangslage
Die Biogaserzeugung etabliert sich zunehmend als neuer Betriebszweig in der Landwirt- schaft. In der Schweiz sind derzeit rund 90 landwirtschaftliche Biogasanlagen in Betrieb und jährlich kommen neue dazu. Bisher gab es in der Schweiz noch kein System, um die Effizienz und den Erfolg der Biogaserzeugung systematisch zu untersuchen. Solch ein Vergleichssystem wurde immer stärker von Anlagenbetreibern gewünscht und an Ökostrom Schweiz herangetragen.
Zur vergleichenden Bewertung landwirtschaftlicher Biogasanlagen sind betriebs- und an- lagenspezifische Kennzahlen unerlässlich. Sie ermöglichen neben einer klassischen Ana- lyse der Einzelanlage (innerbetrieblich) vor allem anlagenübergreifende Vergleiche. Um dies zu ermöglichen müssen die eingesetzten Bewertungskriterien branchenweit definiert und festgelegt werden und ein sogenanntes Benchmarking System zur vergleichenden Bewertung vorhanden sein.
Was ist unter Benchmarking Biogas zu verstehen?
Im Benchmarking werden systematisch betriebswirtschaftliche und produktionstechni- sche Daten erhoben und daraus biologische, technische und ökonomische Produktions- und Effizienzkennzahlen für jede teilnehmende Biogasanlage gebildet. Die Datenerhe- bung und die Bildung von Kennzahlen erfolgt jährlich. Dadurch kann sich jede Biogasan- lage über die Jahre sowohl mit sich selbst vergleichen als auch mit den anderen teilneh- menden Biogasanlagen sowie Referenzanlagen (best-practice).
Was sind die Ziele und die Vorteile des Benchmarking?
Die inner- und überbetrieblichen Vergleiche von Kennzahlen sowie der direkte Austausch zwischen Berufskollegen an den jährlich wiederkehrenden Workshops (Biogashöcks) för- dern die Erfolgskontrolle und Optimierung der Biogasanlagen. Das Benchmarking soll somit einen kontinuierlichen Optimierungsprozess der Biogasanlagen unterstützen und zu einer höheren Effizienz sowie einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit beitragen.
7 Wie wird das Benchmarking durchgeführt?
Pilotphase: Die Pilotphase wurde zwischen November 2013 und Dezember 2015 durchge- führt. Während dieser Zeit wurden drei Erhebungen (Pilotphase I-III) pro Biogasanlage durchgeführt. Dabei konnten von jeder Pilotanlage die technischen und betriebswirt- schaftlichen Daten von 2012, 2013 und 2014 erhoben werden. In der ersten Erhebung wurden die technischen und betriebswirtschaftlichen Grundinformationen der Biogasanla- ge (wie z.B. technische Auslegung oder Investitionskosten) und anschliessend auf Basis der betrieblichen Buchhaltung die Energieproduktion, der Substrateinsatz und der wirt- schaftliche Erfolg erfasst. Die Ersterhebung erfolgte im Beisein und unter Mithilfe der Pro- jektverantwortlichen. Die Dateneingabe im Rahmen der anschliessenden Zweit- und Drit- terhebung (nur noch Buchführungs- und Energieproduktionsdaten) erfolgte durch die Anlagenbetreiber in eigenständiger Arbeit.
Betriebsphase: Nach Beendigung der Pilotphase geht das Benchmarking ab 2016 in die Betriebsphase über. Die Erfassung der Betriebsdaten erfolgt einmal jährlich auf Basis der Buchführung des vorangegangenen Jahres. Die bereits erfassten Daten zur technischen Auslegung der Anlage sowie die Investitionskosten müssen nicht nochmals erhoben wer- den. Ebenfalls findet jährlich ein Erfahrungsaustausch statt, an welchem Mitwirkende am Benchmarking exklusiv und in kleinem Rahmen ihre Ergebnisse miteinander vergleichen, diskutieren und dadurch voneinander lernen können. Ebenfalls wird Ökostrom Schweiz dabei beratend zur Seite stehen. Neue Anlagen können in der Betriebsphase jederzeit dazu stossen.
Wie wird die Vertraulichkeit der Daten gewährleistet?
Im Benchmarking Biogas werden weder während der Pilot- noch in der Betriebsphase einzelbetriebliche Daten an Dritte weitergegeben. Ökostrom Schweiz verpflichtet sich gegenüber seinen Teilnehmern sämtliche Daten aus den Betriebsvergleichen streng ver- traulich und anonym zu behandeln. Der Vergleich mit Referenzanlagen erfolgt ebenfalls anonymisiert, so dass keinerlei Rückschlüsse auf teilnehmende Anlagen möglich sind. Der Direktvergleich zwischen einzelnen Anlagen ist freiwillig und nur über Biogashöck- Veranstaltungen möglich, wobei jeder Anlagenbetreiber selbst entscheidet, ob und wel- che Daten er zum Vergleich offenlegen möchte.
3. Projektbeschrieb und Zielsetzung
Das Projekt „Aufbau eines Benchmark Systems für landwirtschaftliche Biogasanlagen in der Schweiz“ umfasst den Aufbau eines Benchmarking Systems sowie einer Pilotphase zur Durchführung eines Benchmarking für landwirtschaftlich geprägte Biogasanlagen. Es werden systematisch betriebswirtschaftliche und produktionstechnische Daten erhoben und daraus biologische, energetische und ökonomische Produktions- und Effizienzkenn- zahlen gebildet.
Das Benchmarking unterstützt einen kontinuierlichen Optimierungsprozess der Biogaser- zeugung und soll zu einer höheren Energie- und Ressourceneffizienz sowie einer Verbes- serung der Wirtschaftlichkeit der Biogasanlagen beitragen. Basierend auf Schweiz weit
8 erhobenen Daten von Biogasanlagen erfolgt ein Vergleich unter den Anlagen und mit Re- ferenzanlagen (best-practice) hinsichtlich des optimalen Betriebs. Dieser Vergleich er- möglicht es, anhand von verschiedenen Parametern Optimierungspotentiale auf Stufe Einzelanlage zu identifizieren.
4. Projektablauf
Im Folgenden werden die einzelnen Projektphasen skizziert:
Teilprojekt 1
In Teilprojekt 1 wurden die Grundlagen für die erfolgreiche Konzeption der Benchmarking Methodik, eines Erfassungs- und Auswertungstools und die Durchführung des Benchmar- king erarbeitet. Im Wesentlichen beinhaltete Teilprojekt 1 Vorabklärungen zur fachlichen (Ermittlung und Identifikation von Kenngrössen, Evaluation Methodik) und technischen Umsetzung des Benchmarking (Analyse bestehender Benchmarking-Tools und Konzeption eigenes Benchmarking).
Teilprojekt 2
Teilprojekt 2 gliederte sich in mehrere Projektphasen:
Projektphase 1: Pre-Test
Die erste Arbeitsphase beinhaltete den Test und die Validierung des in Teilprojekt 1 ent- wickelten Excel-basierten Erfassungs- und Auswertungstools. Der Test erfolgte mittels eines Pre-Tests, bei dem von vier Biogasanlagen die relevanten produktionstechnischen, biologischen und betriebswirtschaftlichen Daten erhoben wurden. Die erfassten Daten wurden ausgewertet und auf Datengüte und Aussagekraft hin validiert. Nach erfolgtem Pre-Test wurden die Benchmarking-Methode sowie das dazugehörige Excel-basierte Tool analysiert.
Projektphase 2: Pilotphase I
Die Pilotphase I umfasste 20 Biogasanlagen. Die Datenerhebung wurde von Januar 2014 bis April 2014 durchgeführt. In der Pilotphase I fand die Datenerhebung im Rahmen ei- nes Betriebsbesuchs statt. Erhoben wurden die gesamten Grunddaten zur Biogasanlage (z.B. Investitionen, Finanzierung) und die Betriebsdaten für das Jahr 2012. Nach Ab- schluss der Pilotphase I wurden die Ergebnisse im Rahmen eines Biogashöcks den betei- ligten Anlagenbetreibern im Juni 2014 vorgestellt und diskutiert.
Projektphase 3: Erfassungs- und Auswertungstool
In Projektphase 3 erfolgte die Umsetzung eines Access-basierten Erfassungs- und Aus- wertungstools. In der Access-Datenbank werden alle anlagenspezifischen Daten erfasst.
Hierbei handelt es sich sowohl um „Grunddaten“ die einmalig erfasst wurden (siehe Pi- lotphase I) wie z.B. Grundinvestitionen und Finanzierung der Biogasanlage, als auch um Daten der „laufenden jährlichen Datenerhebung“ wie z.B. Nachinvestitionen, jährlicher Substratinput, jährliche Energieerzeugung, Erlöse und Kosten. Die Auswertung der Daten wurde automatisiert und erfolgte anlagenspezifisch. Für jedes Erfassungsjahr wurden pro Anlage eine Betriebszweigabrechnung, betriebswirtschaftliche Kennzahlen, technische
9 Daten und Kennzahlen, Kennzahlen zur Energieerzeugung und -nutzung sowie der Sub- stratinput in Berichten zu Handen der Anlagenbetreiber ausgewiesen.
Projektphase 4: Pilotphase II
Die Datenerhebung im Rahmen der Pilotphase II erfolgte von Oktober 2014 bis Januar 2015, Die Anlagen- und Betriebsdaten wurden mittels eines Excel-basierten Fragebogens erfasst, der den Anlagenbetreibern per E-Mail geschickt wurde. Der Fragebogen konnte vorgängig auf einer Pilotanlage hinsichtlich Verständlichkeit getestet werden.
Die erfassten Daten wurden anschliessend in die Access-Datenbank eingegeben, auf Plausibilität geprüft und mit den Daten der Pilotphase I verglichen. Telefonische oder schriftliche Rückfragen zu den eingegeben Daten waren in vielen Fällen notwendig. Be- züglich der eingesetzten organischen Abfallstoffe, deren Kosten und Erlösen fand zusätz- lich ein Abgleich mit der Koordinationsstelle Biomasse bei Ökostrom Schweiz statt. Die Ergebnisse der Pilotphase II wurden im Rahmen eines Biogashöcks mit den beteiligten Anlagenbetreibern im Juni 2015 diskutiert.
Projektphase 5: Pilotphase III
Die Datenerhebung im Rahmen der Pilotphase III erfolgte von Oktober 2015 bis Dezem- ber 2015. Die Methodik entspricht der Pilotphase II. Im Januar 2016 wird das Projekt mit einem Biogashöck abgeschlossen.
Projektphase 6: Wissenstransfer
Der Wissenstransfer erfolgte parallel zum Benchmarking Projekt und gliederte sich zum einen in den Wissenstransfer der Ergebnisse an die beteiligten Anlagenbetreiber, der Be- richterstattung gegenüber dem BFE, sowie der Kommunikation von Ergebnissen an ver- schiedene Zielgruppen.
Um einen Wissenstransfer in die Praxis zu gewährleisten, werden die Ergebnisse aufgear- beitet und den Anlagenbetreibern in Form von Kurzberichten kommuniziert. Die Ergeb- nisse des Benchmarking werden den Anlagenbetreibern jährlich im Rahmen eines Bio- gashöcks präsentiert und können dort gemeinsam innerhalb der Benchmarking-Gruppe diskutiert werden. Hier kommen auch methodische Fragen zur Sprache. Diese Diskussio- nen können dazu beitragen, das Benchmarking möglichst gut auf die Bedürfnisse der Anlagenbetreiber abzustimmen. Einzelbetriebliche Einordnungen der Biogasanlagen als Entscheidungsunterstützungsinstrument der Biogasanlagenbetreiber werden individuell zur Verfügung gestellt. Individuelle betriebsspezifische Beratungen werden nach Wunsch angeboten.
Betriebsphase ab 2016
Nach Abschluss des Projektes soll das Benchmarking in der Praxis verstetigt werden und vom Status einer Pilotphase in jenen einer Betriebsphase übergehen. Dies bedeutet auch, dass das Benchmarking ab 2016 für sämtliche interessierten Anlagenbetreiber offen steht. Die Datenerfassung in der Betriebsphase soll jeweils im ersten Quartal eines Jah- res erfolgen.
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5. Methode und Detailinformationen
5.1 Methode des Benchmarking
Benchmarking bezeichnet eine Managementmethode, die eine Weiterentwicklung des
„klassischen“ Betriebsvergleichs darstellt. Beim Betriebsvergleich werden durch den Ver- gleich von betrieblichen Kenn- und Vergleichsgrössen, wie zum Beispiel betriebswirt- schaftlichen Leistungs- und Kostengrössen, mit anderen Unternehmen, neue Erkenntnis- se für eigene Verbesserungspotentiale erlangt.
Bei der Weiterentwicklung des „klassischen“ Betriebsvergleichs, dem Benchmarking, werden mittels zielgerichteter Vergleiche unter z.B. mehreren Unternehmen die jeweils Besten als Referenz zur Leistungsoptimierung identifiziert. Die Durchführung eines Benchmarking beruht dabei auf der Orientierung an den jeweils Besten einer vergleichba- ren Gruppe. Diese Vorgehensweise wird als „best-practice“ bezeichnet. Beim Benchmar- king liegt der Schwerpunkt demnach nicht nur beim Vergleich mit anderen, sondern in der gezielten Identifikation der besten Praktiken mit denen Wettbewerbsvorteile erzielt werden können (Mertins et al. 1995). Nach der Identifikation der besten Praktiken mittels Benchmarking steht die Implementierung im Unternehmen im Mittelpunkt. Ziel ist nicht nur das „Was“, sondern auch das „Warum“ der besten Praktiken aufzudecken. Dadurch werden Unternehmensprozesse nicht durch blosses Kopieren versucht zu verbessern, sondern Benchmarking-Partner müssen verstehen, um fremde Lösungsansätze sinnvoll und individuell auf die eigenen Bedürfnisse anzupassen (Fahrni et al. 2002).
Methodisch besteht der Benchmarkingprozess nach Mertins et al. (1995) aus fünf Phasen (vgl. Abbildung 1). Ausgangspunkt ist die Phase der Zielsetzung, in der der Fokus des Benchmarking festgelegt wird. Die Zielsetzung gilt es dementsprechend sorgfältig abzu- stimmen, zu dokumentieren und mögliche Fehlerquellen im Benchmarking zu umgehen.
In der zweiten Phase werden die internen Prozesse analysiert, da ein Vergleich mit den Prozessen der Benchmarking-Partner nur dann sinnvoll sein kann, wenn die eigenen ver- standen werden. Der Abschluss der internen Phase besteht in der Formulierung von Fra- gen und der Identifikation von Kenngrössen, die Optimierungsmöglichkeiten erkennen helfen. Mit einem hohen internen Wissen um das Benchmarkingobjekt und die internen Prozesse, kann mit der Vergleichsphase begonnen werden.
Die Vergleichsphase gliedert sich in fünf Teilschritte, der Auswahl eines geeigneten Ver- gleichsunternehmens, der Untersuchung des Vergleichsunternehmens, der Durchführung des Vergleichs, der Bewertung der Ergebnisse und der Ermittlung der Ursachen von Un- terschieden.
11 Abbildung 1: 5-Phasen-Konzept des prozessorientierten Benchmarking
Quelle: Mertins et al. (1995)
Nach dem eigentlichen Benchmarking muss sich eine Phase der Entwicklung von Mass- nahmenkatalogen anschliessen, mit denen die in Phase 1 gesetzten Ziele erreicht werden können. Der letzte Schritt des Benchmarking Prozesses ist dann schliesslich die Umset- zung der formulierten Massnahmen. Dabei heisst umsetzen, wie bereits oben erwähnt, nicht kopieren einer Lösung, sondern anpassen einer Lösung auf die eigenen Verhältnisse mit dem Ziel, möglichst besser zu werden als das Original.
Damit ist der Benchmarking Prozess jedoch nicht abgeschlossen, da nun die Leistungs- steigerungen gemessen und mit den Zielsetzungen wiederum abgeglichen werden müs- sen. Da sich auch alle Benchmarking Partner stetig weiterentwickeln, gilt es die Zielset- zung kontinuierlich zu überprüfen und neuen Erfordernissen anzupassen. Das Benchmar- king muss deshalb als kontinuierlicher Prozess im Unternehmen etabliert werden.
Nach Zdrowomyslaw und Kasch (2002) und Müller-Hagedorn (1998) können Betriebsver- gleiche und Benchmarking vor allem in fünf Bereichen hilfreich sein:
1. beim Auffinden von Schwachstellen, 2. bei der Ursachenanalyse,
3. bei der Erstellung von Wirkungsprognosen, 4. bei der Formulierung von Zielvorgaben und 5. bei der Kontrolle dieser.
Im Einzelnen sind diese Funktionen nach Zdrowomyslaw und Kasch (2002):
1. Auffinden von Schwachstellen: In der Analysephase helfen Betriebsvergleiche, Probleme rechtzeitig zu erkennen, indem sie Hinweise auf vergleichsweise schlechte Zielerreichungsgrade im Betrieb insgesamt oder in einzelnen Bereichen geben und so einen Handlungsbedarf signalisieren (Anstossfunktion).
Phase 1:
Zielsetzung Phase 1:
Zielsetzung
Phase 4:
Massnahmen Phase 4:
Massnahmen Phase 5:
Umsetzung Phase 5:
Umsetzung
Phase 2:
Interne Analyse Phase 2:
Interne Analyse
Phase 3:
Vergleich Phase 3:
Vergleich
Phase 1:
Zielsetzung Phase 1:
Zielsetzung
Phase 4:
Massnahmen Phase 4:
Massnahmen Phase 5:
Umsetzung Phase 5:
Umsetzung
Phase 2:
Interne Analyse Phase 2:
Interne Analyse
Phase 3:
Vergleich Phase 3:
Vergleich
12 2. Ursachenanalyse: Werden Schwachstellen erkannt, sind die Ursachen für ver-
gleichsweise schlechte Kennzahlen bzw. Entwicklungen zu untersuchen. Zu beach- ten ist hierbei die Tatsache, dass einzelne betriebliche Grössen miteinander ver- knüpft sind. So kann es beispielsweise bei der Ursachenanalyse bei einem unbe- friedigenden Betriebsergebnis sinnvoll sein, dieses in seine verschiedenen Auf- wands- und Leistungsarten aufzuteilen um Ursachen besser lokalisieren zu kön- nen. Durch die Feststellung von Gemeinsamkeiten und Unterschieden helfen Be- triebsvergleich und Benchmarking beim Auffinden von Schwachstellen und deren Ursachenanalyse (Lernfunktion).
3. Wirkungsprognosen: Im Rahmen jeder Planung gilt es die Wirkung einzelner Massnahmen auf die interessierende Zielgrösse nach Möglichkeit zu prognostizie- ren. Vergleiche und Orientierungsgrössen erleichtern eben diese Prognosen. Durch die Analyse des Einflusses verschiedener Kenngrößen auf z. B. das Betriebsergeb- nis anhand der Kennzahlenstruktur von Vergleichsbetrieben wird versucht, Ge- setzmäßigkeiten abzuleiten, um die Erfolgsaussichten von z. B. Investitionen be- urteilen zu können und damit Entscheidungsunterstützung zu leisten (Wirkungs- prognosefunktion).
4. Formulieren von Zielvorgaben: Unternehmensführung mit Zielen und Kenn- grössen ist ein zentrales Führungsinstrument. Vergleichs- und Orientierungsgrös- sen, gewonnen aus Betriebsvergleichen und Benchmarking, können bei der Ziel- formulierung und Zielfestlegung hilfreich sein. Den Rahmen dafür bilden eine aus- reichende Betriebsstatistik sowie ein funktionierendes Berichtswesen. Durch das Setzen von Zielmarken und das Vergleichen mit diesen, können abstrakte Unter- nehmensziele wie z.B. Rentabilität oder Liquidität konkretisiert werden. Der kon- krete Vergleich mit anderen Betrieben kann allein bereits eine Motivation auslösen (Motivationsfunktion).
5. Kontrolle: Die aus Betriebsvergleich und Benchmarking gewonnenen Informatio- nen unterstützen nicht nur die Planung, sondern sind auch ein wichtiges Kontrol- linstrument. Wird die Kontrolle als systematischer Prozess betrachtet, in dem eine zu prüfende Grösse durch einen Vergleich einer Massstabs- oder Normgrösse be- urteilt wird, so können die dafür nötigen Normgrössen aus Betriebsvergleichen und Benchmarking abgeleitet werden. Die Einordnung und Positionsbestimmung der wirtschaftlichen Situation des Betriebes anhand von gewonnenen Massstabs- und Kenngrössen dient nicht nur der eigenen Existenzsicherung, sondern wird auch von betriebsexternen Stellen genutzt z. B. im Rating von Banken (Bewer- tungs- und Kontrollfunktion).
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5.2 Systemgrenzen
Eine klare und allgemein abgestimmte systematische Abgrenzung des Betriebszweiges Biogasanlage von landwirtschaftlichen oder anderen Betriebszweigen ist für eine saubere Datenerfassung und ein aussagekräftiges Benchmarking Voraussetzung. Die System- grenzen wurden deshalb wie folgt festgelegt:
Der Biogasprozess beginnt grundsätzlich, sobald die Substrate bei der Anlage eingelagert sind und endet bei der Ausbringung der Gärreste auf dem Feld. Im energetischen Bereich liegt die Systemgrenze beim Zählerpunkt für verkauften (ins Netz eingespeisten) Strom sowie bei der Übergabestation der Wärme an den Wärmenutzer. Im Detail werden die Systemgrenzen wie folgt definiert (vgl. Abbildung 2).
Abbildung 2: Systemgrenzen der Biogasanlage Quelle: Eigene Darstellung
Substratinput:
Die Substratkosten und -erlöse werden für alle Substrate grundsätzlich frei Substratlager (Silo, Vorgrube, Tank, Lagerhalle) an der Biogasanlage ausgewiesen (inkl. Transport, Ernte, Entsorgungserlöse, etc.). Alle Substratkosten werden inkl. Mehrwertsteuer erfasst.
Eine Ausnahme bilden fest installierte Einrichtungen zum Substrattransport, wie z.B. Gül- leleitungen von benachbarten landwirtschaftlichen Ställen zur Biogasanlage, die vom Be- triebszweig Biogasanlage betrieben werden. In diesem Fall sind die festen Einrichtungen bei den Investitionen der Biogasanlage zu berücksichtigen.
Gärreste (Output):
Transport- und Ausbringkosten werden erfasst und nach betriebsspezifischer Situation bewertet. Erfasst werden die Gärrestmengen die im eigenen landwirtschaftlichen Betrieb ausgebracht werden und die Gärrestmengen, die an andere landwirtschaftliche Betriebe geliefert werden. Werden Gärreste an andere Betriebe geliefert, werden die Kosten und
14 Erlöse für den Transport und die Ausbringung in jedem Fall im Benchmarking berücksich- tigt. Transport- und Ausbringkosten im eigenen landwirtschaftlichen Betrieb werden je nach betriebsspezifischer Situation der Biogasanlage angelastet oder bleiben unberück- sichtigt wenn die Leistungen dem Landwirtschaftsbetrieb zugerechnet werden sollen.
KEV-System:
Systemgrenzen welche durch das KEV-System (gemäss Energieverordnung (EnV), insbe- sondere Anhang 1.5 – Biomasse) vorgegeben sind, werden berücksichtigt.
Wärmenutzung:
Die Systemgrenze bei der Wärmenutzung (Output) wird betriebsindividuell gezogen.
Grundsätzlich wird jede Wärmenutzung erfasst, die für Wärmezwecke genutzt wird. Eine Ausnahme ist jedoch der Eigenwärmebedarf der Biogasanlage, der bisher nicht erfasst werden kann, da entsprechende Wärmemengenzähler an den Biogasanlagen nicht instal- liert sind.
Bei der verbleibenden Wärme wird unterschieden zwischen betriebsnahen Abnehmern (z.B. Ökonomiegebäude Landwirtschaftsbetrieb, Wohngebäude Landwirtschaftsbetrieb, sonstige betriebsnahe Gebäude), welche ohne Fernwärmenetz auskommen und betriebs- fernen Abnehmern (meist betriebsfremde Abnehmer, welche an ein Fernwärmenetz an- geschlossen sind). Die abgehende Wärme die innerbetrieblich oder betriebsnah genutzt, aber nicht tatsächlich verkauft wird, kann von den Anlagenbetreibern oft nur überschlä- gig berechnet werden und wird mit einem kalkulatorischen Verrechnungswert in Höhe von derzeit 8 Rp. je kWh als Leistung für die Biogasanlage verbucht.
Verkaufte Wärme, z.B. über ein Nahwärmenetz, wird zu den tatsächlich erzielten Erlösen im Benchmarking verbucht. In beiden Fällen werden alle im Zusammenhang mit der Wärmenutzung anfallenden Kosten berücksichtigt.
5.3 Methodische Detailinformationen
Im folgenden Kapitel werden methodische Detailinformationen zur Erhebung und Berech- nung unterschiedlicher Daten dargestellt. Wie bereits beschrieben, sollte die oberste Prämisse eine möglichst einheitliche Datenerfassung bzw. Berechnung bei allen Bench- marking Teilnehmern sein. Da in der Praxis erhebliche Unterschiede in der Bewertung von Kosten- und Leistungspositionen bestehen, werden diese bestmöglich vereinheitlicht.
Dabei wird im Benchmarking Biogas wie folgt vorgegangen:
Abschreibungen:
Die Abschreibung erfolgt grundsätzlich von den Anschaffungskosten laut Rechnung ohne Mehrwertsteuer und wird nicht gekürzt um ggf. gewährte Zuschüsse. Zuschüsse, wie z.B.
Investitionsbeiträge, werden aus Gründen der Vergleichbarkeit wie Investitionen aktiviert und über die Nutzungsdauer ertragswirksam aufgelöst.
Alle Investitionen werden vereinfacht in vier Anlagenkategorien unterteilt (BHKW, Tech- nik, Bauten und Maschinen), für die jeweils eine einheitliche Nutzungsdauer unterstellt
15 wird. Die Nutzungsdauer der BHKW wird auf 8 Jahre, von Technik und Maschinen auf 10 Jahre und von Bauten auf 20 Jahre festgelegt. Die Abschreibung erfolgt jeweils linear.
Kapitalverzinsung:
Biogasanlagen werden grundsätzlich durch Fremdkapital, Eigenkapital und Landwirt- schaftskredite finanziert. Die Zinssätze für das eingesetzte Kapital sind in der Praxis aus vielen Gründen recht unterschiedlich.
Landwirtschaftskredite stehen zinslos zur Verfügung und müssen nur über eine festgeleg- te Zeitdauer getilgt werden. Eigenkapital wird in der Praxis zum Teil in Form von Privat- krediten investiert und verzinst, z.T. als nicht verzinste Einlage in das Unternehmen ein- gebracht. Die Bandbreite ist hier sehr gross. Fremdkapital wird sowohl in Form klassi- scher Bankdarlehen als auch in Form von Privatkrediten eingebracht. Die Laufzeiten der Kredite und die Zinssätze unterscheiden sich stark zwischen den Anlagen und über die Zeit (Fristigkeit der Darlehen). Oft wird Fremdkapital auch über den Landwirtschaftsbe- trieb in die Biogasanlage eingebracht.
Da der Kapitaleinsatz bei allen Biogasanlagen einheitlich bewertet werden soll, wird so- wohl Eigenkapital als auch Fremdkapital mit einem einheitlichen kalkulatorischen Zinssatz von derzeit 3,0 % belastet. Die hinterlegten Zinssätze werden jährlich überprüft und bei Bedarf aktualisiert und angepasst. Eine Ausnahme bildet lediglich der Landwirtschafts- kredit, der im Benchmarking zinsfrei berücksichtigt wird.
Lohnkosten:
Sofern die geleistete Arbeit des Betriebsleiters und aller angestellten Arbeitskräfte erfasst und Löhne ausbezahlt werden, werden die tatsächlichen Lohnkosten im Benchmarking berücksichtigt.
Wird die eigene Arbeit oder die Arbeit von Familienarbeitskräften nicht entlohnt, werden die geleisteten Arbeitsstunden mit einem einheitlichen Lohnansatz von Fr. 44.- je Stunde entschädigt (gemäss ART-Ansatz für ausserlandwirtschaftliche Angestellte) (GAZZARIN UND LIPS, 2012). Die Lohnansätze werden jährlich überprüft und bei Bedarf aktualisiert und angepasst.
Rückbaurückstellungen:
Betreiber von landwirtschaftlichen Biogasanlagen müssen nach Beendigung der Nutzung, die Biogasanlage mit allen dazugehörigen baulichen Anlagen zurückbauen. Ein Rückbau ist im Sinne des Werterhalts der genutzten Flächen notwendig und in der Praxis auch im Rahmen der Baubewilligung vorgeschrieben. Für den Rückbau sollten jährlich Rückstel- lungen gebildet werden. Die Höhe der Rückstellungen kann sich je nach betrieblichen Gegebenheiten zum Beispiel am vorhandenen Fermentervolumen oder der Investitions- höhe orientieren.
Rückbaurückstellungen werden bisher noch nicht im Benchmarking berücksichtigt. Es ist jedoch vorgesehen, regelmässig diese Frage im Rahmen von Biogashöcks zu diskutieren.
16 Wärmenutzung:
Extern genutzte Wärme die verkauft wird, d.h. mit der tatsächlich ein monetärer Ver- kaufserlös erzielt wird, wird von den Anlagebetreibern im Benchmarking erfasst. Innerbe- triebliche Wärmenutzung (ohne Fermenterheizung), z.B. zur Beheizung des Wohnhauses, der Ställe, etc., für die kein Verkaufserlös erzielt werden kann, wird mit einem kalkulato- rischen Verrechnungswert berücksichtigt. Die innerbetrieblich genutzte Wärme wird mit einem einheitlichen Verrechnungswert von 8 Rappen je Kilowattstunde vergütet und geht als kalkulatorischer Wärmeerlös der Biogasanlage in die Betriebszweigabrechnung ein.
Der kalkulatorische Wärmeerlös wird jährlich überprüft und bei Bedarf angepasst.
Stromnutzung:
Der in Biogasanlagen erzeugte elektrische Strom wird in der Regel verkauft oder als Ei- genstrom gemäss KEV-Rahmenbedingungen für den Betrieb der Biogasanlage genutzt.
Der Eigenstrom verursacht weder Kosten noch Leistungen und wird daher nur physisch erfasst.
Wird dagegen Strom, der in der Biogasanlage erzeugt wurde, auch in den landwirtschaft- lichen Gebäuden, Maschinen, etc. des Betriebes unentgeltlich eingesetzt, ist dies als in- nerbetriebliche kalkulatorische Leistung zu werten. Die innerbetriebliche Nutzung selbst erzeugten Stroms ist nur bei Anlagen zu finden, die nicht bei der kostendeckenden Ein- speisevergütung teilnehmen.
Der innerbetrieblich genutzte Strom wird nicht mit einem einheitlichen Verrechnungswert vergütet, sondern betriebsindividuell mit einem kalkulatorischen Substitutionswert be- rücksichtigt. Der Substitutionswert leitet sich vom Strompreis für Gewerbekunden des jeweiligen regionalen Elektrizitätsversorgers ab (Strompreis-Webseite der ElCom, Ver- brauchsprofile von Gewerbe- und Industriebetrieben; www.strompreis.elcom.admin.ch).
Gemeinkosten:
Eine Verteilung von Gemeinkosten ist immer dann notwendig, wenn in einem Unterneh- men einzelne Betriebsmittel wie z.B. Arbeitskräfte, Büro, Verwaltung, Maschinen oder auch Gebäude von mehreren Betriebszweigen genutzt werden. Allgemein sollte bei der Verteilung soweit möglich auf Aufzeichnungen wie z.B. Betriebstagebücher zurückgegrif- fen werden. Fehlen betriebliche Aufzeichnungen, wird die Zuteilung zu einzelnen Be- triebszweigen geschätzt. Schätzungen des Betriebsleiters sind vor allem bei der Zuteilung der Arbeitszeiten und dem Einsatz bestimmter Maschinen des Landwirtschaftsbetriebs wie bspw. dem Traktor notwendig. Verwaltungskosten wie bspw. allgemeine Versiche- rungen, Büro, Buchführung, etc., werden im Benchmarking der Buchführung der Biogas- anlage entnommen, sind für diese aber auch in vielen Fällen geschätzt worden.
Die Verteilung von Gemeinkosten, wird vom Anlagenbetreiber bei der Datenerfassung selbstständig oder in Absprache mit dem Projektteam vorgenommen.
Flächennutzung:
Die Flächen auf denen die Biogasanlage und die Lagerstätten errichtet wurden, sowie die dazugehörigen Aussenflächen werden in der Betriebszweigabrechnung nicht abgeschrie-
17 ben. Es wird unterstellt, dass der Wert der Flächen über die Nutzungsdauer der Biogas- anlage erhalten bleibt. Da Flächen jedoch nicht kostenlos zur Verfügung stehen, werden im Benchmarking die tatsächlichen Entschädigungszahlungen für die Fläche erfasst oder die Nutzung der Fläche mit einem kalkulatorischen Pachtansatz entschädigt. Die DLG (2006) schlägt für die Ermittlung des Pachtansatzes vor, die doppelte ortsübliche Ver- gleichspacht für landwirtschaftliche Flächen als Pachtansatz zu nutzen.
5.4 Kennzahlen
Kennzahlen bilden die Grundlage für Betriebsvergleiche und Benchmarking. Kennzahlen, die hinsichtlich Verständlichkeit für Biogasanlagenbetreiber, der möglichen Messung, der Robustheit und der Eindeutigkeit leicht zu bilden sind und im Benchmarking standard- mässig für alle teilnehmenden Biogasanlagen berechnet werden, werden im Folgenden skizziert.
5.4.1 Betriebswirtschaftliche Kennzahlen
Betriebswirtschaftliche Kennzahlen sind die Grundlage für unternehmerische Entschei- dungen. Sie geben Auskunft über die Auswirkungen von getroffenen Entscheidungen und ermöglichen das Erkennen von Problemen und Chancen. Ausserdem dienen Kennzahlen der Kontrolle von ex ante geplanten und ex post erreichten Ergebnis.
Spezifische Investitionskosten: Gesamtinvestitionssumme (Fr.) bezogen auf die installierte elektrische Leistung (kWel).
Spezifischer Arbeitszeitbedarf: Arbeitsbedarf für den Betrieb, Wartung und In- standhaltung der Anlage (inkl. Organisation, Büroaufwand, etc.)(h/a) je Tag (365 Tage) oder bezogen auf die installierte elektrische Leistung (kWel).
Spezifische Leistungen (Umsatz): Jährlicher Umsatz aus Strom- und Wärme- verkauf sowie Entsorgungserlösen inkl. Kalkulatorischer Erlöse (Fr./a) bezogen auf die elektrische Netto-Jahresarbeit (kWhel/a)(verkaufter und selbst genutzter Strom).
Spezifische Stromgestehungskosten: Jährliche Kosten für sämtliche ver- brauchs- und betriebsgebundene Aufwendungen inkl. kalkulatorische Kosten (Fr./a), bezogen auf die elektrische Netto-Jahresarbeit (kWhel/a) (verkaufter und selbst genutzter Strom).
Spezifischer kalkulatorischer Gewinn: Betriebsergebnis zuzüglich kalkulatori- scher Grössen (Fr./a) bezogen auf die elektrische Netto-Jahresarbeit (kWhel/a) (verkaufter und selbst genutzter Strom).
Gesamtkapitalrentabilität: Verhältnis von kalkulatorischen Gewinn zuzüglich Kapitalzinsen (Fr./a) zu Gesamtkapital (Eigenkapital und Fremdkapital)(Fr.) in %.
Cash Flow: Verhältnis von kalkulatorischen Gewinn (Fr./a) zuzüglich nicht- ausgabenwirksamer Kosten (Abschreibungen) (Fr./a) und kalkulatorischer Kosten (Fr./a) bezogen auf die Betriebsleistung (Umsatz)(Fr./a) in %.
18 5.4.2 Produktionstechnische Kennzahlen
Die produktionstechnischen Kennzahlen dienen der Charakterisierung und Effizienzkon- trolle der Energieerzeugung. Sie umfassen in erster Linie Kenngrössen der Biogasverwer- tung und ermöglichen damit einen quantitativen Vergleich hinsichtlich Leistung und ener- getischer Effizienz.
Volllaststunden: Quotient aus produzierter Strommenge (kWhel/a) und Nennleis- tung der Biogasanlage bzw. der BHKW (kWel).
Spezifischer Eigenstrombedarf: Differenz aus Jahresarbeit elektrisch (Bruttos- tromproduktion)(kWhel/a) und Nettostromproduktion (kWhel/a).
Elektrischer Jahresnutzungsgrad extern genutzt: Verhältnis der nutzbar ab- gegebenen elektrischen Energie (= produzierte elektrische Nettoenergiemenge) zur gesamten zugeführten Brennstoffenergie.
Elektrischer Jahresnutzungsgrad Eigenstrombedarf: Verhältnis des Eigen- strombedarfs zur gesamten zugeführten Brennstoffenergie.
Thermischer Jahresnutzungsgrad: Verhältnis der nutzbar abgegebenen ther- mischen Energie (= tatsächlich genutzten) zur gesamten zugeführten Brenn- stoffenergie.
Gesamter Jahresnutzungsgrad: Verhältnis der gesamten (elektrischen und thermischen) nutzbar abgegebenen Energie (= produzierte und genutzte Netto- energiemenge) zur gesamten zugeführten Brennstoffenergie.
Stromausbeute: Stromproduktion (kWhel/a) pro Kilogramm zugeführter Sub- stratmasse in Frischsubstanz (FS), Trockensubstanz (TS) und organischer Tro- ckensubstanz (oTS).
5.4.3 Prozessbiologische Kennzahlen
Die prozessbiologischen Kennzahlen umfassen Kenngrössen der Substrateffizienz und der Fermenterbelastung und dienen damit der Kontrolle des Substratabbaus, der biologischen Aktivität und damit schliesslich der Prozessstabilität in der Biogasanlage.
Spezifische Substratmenge als organische Trockensubstanz (oTS): Jährliche, als organische Trockensubstanz zugeführte Substratmenge je m³ Fermentervolu- men oder inst. el. Leistung (kWel).
Organische Raumbelastung des Hauptfermenters: Bemessungsgröße für Anae- robreaktoren: täglich zugeführte Menge an oTS pro m³ Nutzvolumen des Haupt- fermenters.
Hydraulische Verweilzeit (HRT): Näherungswert für die durchschnittliche Ver- weilzeit eines Substrats im geschlossenen System (Fermenter und Nachgärer) in Tagen.
Biogasausbeute und Methanausbeute: Durchschnittliche Biogasproduktion/
Methanproduktion aus einer Tonne org. Trockensubstanz oder Frischsubstanz des Substrates (Nm³).
19
5.5 Technische Umsetzung
Bereits im Vorfeld der Diskussionen rund um den Aufbau der technischen Lösung des Benchmarking Systems wurde definiert, dass das Handling des Systems in Bezug auf Ergänzungen und Änderungen äusserst flexibel gestaltet und umgesetzt werden muss.
Konkret bedeutet dies, dass allfällige Anpassungen schnell, flexibel und unkompliziert getätigt werden müssen.
Erfassungs- und Auswertungstool Pilotphase I:
In Pilotphase I wurde ein Excel-basiertes Erfassungs- und Auswertungstool entwickelt und eingesetzt. Das Tool stellte keinen Fragebogen dar, da die Datenerhebung vor Ort auf den Betrieben durch das Projektteam durchgeführt wurde. Nach Validierung und Be- reinigung der erhobenen Daten wurden diese durch das Projektteam in das Tool eingege- ben. Im Tool wurden die Daten automatisiert ausgewertet und ein anlagenspezifisches Ergebnis produziert (Anlagenspiegel, Betriebszweigauswertung, Kennzahlen).
Fragebogen Pilotphase II/III:
In Pilotphase II/III wurde ein Excel-basierter Fragebogen eingesetzt. Der Fragebogen wurde per E-Mail an die Anlagenbetreiber geschickt. Alle Fragen waren zum besseren Verständnis mit möglichst ausführlichen Erläuterungen versehen. Die Fragebögen im Rücklauf wurden hinsichtlich Vollständigkeit und Datenqualität validiert. Zum Teil muss- ten einzelne Fragen nochmals schriftlich oder telefonisch mit den Anlagenbetreibern dis- kutiert werden. Die erhobenen Daten wurden für weitere Auswertungsschritte anschlies- send in die Access-Datenbank eingegeben.
Access-Datenbank:
Zur Erfassung, Strukturierung und Auswertung der Anlagendaten im Benchmarking wur- de eine relationale Datenbank aufgebaut. Die Datenbank wurde mit der Datenbankan- wendung Microsoft Access erstellt. Mit der Datenbankanwendung MS Access konnte bei vertretbarem Aufwand eine individuelle, speziell auf die spezifischen Projektbedürfnisse zugeschnittene Datenbanklösung entwickelt werden. Die Datenbank konnte vom Projekt- team ohne externe Unterstützung erstellt werden. Dadurch ist auch die laufende War- tung, Optimierung und Erweiterung gewährleistet.
Die Datenerfassung auf den Biogasanlagen selbst erfolgte wie bis anhin durch das Pro- jektteam vor Ort oder mittels Fragebogen.
In der Access Datenbank werden alle anlagenspezifischen Daten erfasst. Alle kalkulatori- schen Kostenansätze und die Substratlisten wurden in der Datenbank zentral hinterlegt, so dass sie einfach aktualisiert und geändert werden können.
Die Auswertung der Daten ist automatisiert und erfolgt anlagenspezifisch. Für jedes Er- fassungsjahr werden pro Anlage eine Betriebszweigauswertung, betriebswirtschaftliche Kennzahlen, technische Daten und Kennzahlen, Kennzahlen zur Energieerzeugung und – Nutzung sowie der Substratinput in Berichten ausgewiesen. Durch die Datenbank konn- ten die Standardauswertungen im Rahmen des Benchmarking (Betriebszweigauswertung und Kennzahlen) deutlich vereinfacht werden.
20 Benchmarking:
Im Benchmarking der Betriebszweigauswertungen können die betriebswirtschaftlichen Ergebnisse der eigenen Biogasanlage mit den Ergebnissen der anderen Biogasanlagen verglichen werden (Ergebnisse werden im vorliegenden Projektbericht nicht dargestellt).
Dabei wird für die Biogasanlagen der Vergleichsgruppe jeweils das durchschnittliche Er- gebnis des oberen Quartils (+25%), das durchschnittliche Ergebnis der gesamten Ver- gleichsgruppe und das durchschnittliche Ergebnis des unteren Quartils (-25%) darge- stellt. Die Ergebnisse beziehen sich zum einen auf die Leistungen und Kosten im Verhält- nis zum verkauften Strom (Rp./kWh). Damit kann verglichen werden, wie die einzelne Biogasanlage betriebswirtschaftlich gegenüber den anderen Anlagen aufgestellt ist und bei welchen Leistungs- und Kostenpositionen Abweichungen zu erkennen sind.
Zum anderen werden die Ergebnisse des Benchmarking Betriebszweigauswertung relativ in Prozent dargestellt. Damit kann verglichen werden, wie hoch der Anteil der einzelnen Leistungs- und Kostenpositionen an der Summe der Leistungen und Kosten einer Biogas- anlage ist. Im Vergleich mit den anderen Biogasanlagen kann überprüft werden, wie die Anteile bei der Vergleichsgruppe verteilt sind.
Im Kennzahlenvergleich werden jeder einzelnen Kennzahl der Durchschnitt der gesamten Vergleichsgruppe sowie das obere und das untere Quartil gegenübergestellt. Jede Kenn- zahl steht dabei für sich allein. Die verschiedenen Kennzahlen stehen nicht in Verbindung zueinander. Diese Darstellung soll die Spannbreite der einzelnen Kennzahlen verdeutli- chen.
In Pilotphase II und III lagen Anlagendaten mehrerer Erhebungsjahren vor, deshalb wur- den die Auswertungen um Jahresvergleiche erweitert.
21
6. Ergebnisse des Benchmarking Biogas
6.1 Allgemeine Ergebnisse
6.1.1 Grundgesamtheit und teilnehmende Biogasanlagen
In den Pilotphasen nahmen 20 landwirtschaftliche Biogasanlagen am Benchmarking teil.
Für die Pilotphasen wurden die Biogasanlagen nicht nach repräsentativen Kriterien wie z.B. hinsichtlich der installierten Leistung oder der regionalen Verteilung ausgewählt.
In Abbildung 3 ist die regionale Verteilung aller Ökostrom Schweiz (ÖS) Mitgliedsanlagen im Jahr 2014 sowie die an den Pilotphasen teilnehmenden Biogasanlagen dargestellt. Als Grundgesamtheit wird der Mitgliederbestand von Ökostrom Schweiz (ÖS) definiert.
Abbildung 3: Verteilung der landwirtschaftlichen Biogasanlagen (Ökostrom Schweiz Mit- gliedsanlagen, Stand 2014) und der Teilnehmer an den Pilotphasen
Quelle: Eigene Darstellung (Karte: Wikipedia)
6.1.2 Hintergrundinformationen zum Landwirtschaftsbetrieb
Im Sinne der Energieverordnung (EnV) werden im Benchmarking ausschliesslich land- wirtschaftliche Biogasanlagen berücksichtigt. Mit einer Ausnahme stehen alle Biogasanla- gen in Verbindung zu einem Landwirtschaftsbetrieb. Eine Biogasanlage wird von einem landwirtschaftsfremden Investor betrieben.
Von den 19 Landwirtschaftsbetrieben (Standortbetriebe der Biogasanlage) haben 8 ihren Hauptbetriebszweig im Bereich Rindviehhaltung (Milchvieh, Rindermast/ Mutterkuh). 7 Betriebe sind auf Schweinemast bzw. Zucht spezialisiert, 3 Betriebe sind Gemischtbetrie- be mit Rindvieh, Schweinen, Geflügel, Ackerbau und 1 Betrieb ist spezialisiert auf die Mutterschafhaltung. In fünf Fällen ist die Biogasanlage im Besitz von mehreren Landwirt- schaftsbetrieben (zwischen 2 und 8 Landwirtschaftsbetriebe).
22 Inbetriebnahmejahr der Biogasanlagen:
In Abbildung 4 ist das Inbetriebnahmejahr der Biogasanlagen dargestellt. Rund 20 % der Anlagen sind vor 2005 in Betrieb genommen worden. Die Hälfte der Anlagen wurde zwi- schen 2005 und 2007, rund 15 % zwischen 2008 und 2010 und ebenfalls 15 % seit 2011 errichtet. Damit haben die meisten Anlagenbetreiber langjährige Erfahrungen mit der Biogasproduktion. Alle älteren Biogasanlagen wurden nach der Inbetriebnahme laufend im Rahmen von Nachinvestitionen erweitert und modernisiert.
Abbildung 4: Inbetriebnahmejahr der Biogasanlagen
6.1.3 Installierte Leistung
Die installierte Nennleistung der im Jahr 2014 in Betrieb befindlichen Mitgliedsanlagen von Ökostrom Schweiz (74 Anlagen mit bekannter inst. Leistung) betrug rund 10,9 MWel, wobei rund 61 % der Anlagen eine Leistung bis 150 kWel und 39 % der Anlagen über 150 kWel aufwiesen. Die durchschnittliche elektrische Nennleistung lag bei 147 kWel.
Bei den an der Pilotphase III teilnehmenden Biogasanlagen lag die durchschnittliche in- stallierte Nennleistung mit 191 kWel deutlich höher als im Durchschnitt der Mitgliedsanla- gen von Ökostrom Schweiz. Insgesamt betrug die installierte Leistung rund 3,8 MWel, Gegenüber Pilotphase II reduzierte sich die installierte Anlagenleistung um rund 2 % auf- grund einer BHKW Stilllegung. In Pilotphase II erhöhte sich die installierte Anlagenleis- tung um rund 22 % durch deutliche Anlagenerweiterungen einiger Biogasanlagen.
Tabelle 1: Installierte Nennleistung der Biogasanlagen
Anzahl BGA *1
installierte Leistung
(kW)*1
Anzahl BGA
installierte Leistung
(kW)
Anzahl BGA
installierte Leistung
(kW)
Anzahl BGA
installierte Leistung
(kW)
bis 150 kWel 45 3.759 10 1.070 10 1.020 12 1.270
über 150 kWel 29 7.112 10 2.740 10 2.885 8 1.925
Gesamt 74 10.871 20 3.810 20 3.905 20 3.195
Durchschnittliche
Leistung (KW) 147 191 195 160
*1nur Aktivmitglieder Ökostrom
Pilotphase I Leistungsklassen der
Biogasanlagen
Grundgesamtheit Pilotphase III Pilotphase II
23 6.1.4 BHKW Technik
Auf den Biogasanlagen kommen überwiegend Gasmotoren zum Einsatz. In Pilotphase III waren auf den 20 Biogasanlagen insgesamt 29 BHKW im Einsatz, davon 23 Gasmotoren, 3 Zündstrahler und 3 Gasturbinen. Gegenüber Pilotphase II wurde 1 Gasmotor ausser Betrieb genommen. Sowohl die Zündstrahlmotoren als auch die Gasturbinen sind bereits ältere BHKW.
Abbildung 5: Aufteilung der BHKW nach Technologie
6.1.5 Fermenter und Nachgärer
Alle Biogasanlagen im Benchmarking werden entweder zweistufig (Fermenter und Nach- gärer; Fermenter und Endlager) oder dreistufig (Fermenter, Nachgärer, Endlager) betrie- ben. Definitionsgemäss sind Fermenter beheizt, isoliert und gasdicht; Nachgärer isoliert und gasdicht; sonstige Behälter werden als Endlager gewertet. Alle Biogasanlagen verfü- gen über einen Fermenter, zwei Biogasanlagen haben einen zweiten Fermenter und acht Anlagen einen Nachgärer. Bis auf eine Anlage verfügen alle Biogasanlagen über mindes- tens ein Endlager. Fünf Anlagen haben zwei Endlager und sechs Anlagen zusätzliche ex- terne Lagerkapazitäten (z.B. bei beteiligten Landwirtschaftsbetrieben).
Bei der Betrachtung der Anlagenkapazitäten unterteilt in die beiden Grössenklassen bis und über 150 kWel inst. Leistung zeigt sich, dass die kleineren Anlagen alle zweistufig, während die grösseren Anlagen überwiegend dreistufig betrieben werden.
Tabelle 2: Durchschnittliche Behälterkapazitäten nach Grössenklassen je Anlage
Kapazitäten (Brutto)
BGA bis 150 kW
BGA über 150 kW
BGA bis 150 kW
BGA über 150 kW
Vorgrube (m³) 119 171 129 169
Fermenter (m³) 571 912 658 860
Nac hgärer (m³) 120 1.064 0 1.184
Endlager (m³) 1.180 1.145 1.200 1.180
externe Lager (m³) 395 105 389 150
Gesamtlagerkapazität (ohne Vorgrube) 2.266 3.226 2.247 3.373 Pilotphase III Pilotphase II
24 6.1.6 Gasspeicher
Die Gasspeicherkapazität dient als Puffer um beispielsweise bei starker Gasbildung oder Wartungsarbeiten am BHKW das Biogas eine gewisse Zeit vorhalten zu können. Auch hinsichtlich einer möglichen zeitlichen Flexibilisierung der Energieerzeugung (z.B. im Rahmen von Systemdienstleistungen) ist eine ausreichende Gasspeicherkapazität Grund- voraussetzung.
Bei der Betrachtung der Gasspeicherkapazitäten unterteilt in die beiden Grössenklassen bis und über 150 kWel inst. Leistung zeigt sich, dass die grösseren Anlagen mit einer durchschnittlichen Gasspeicherkapazität von rund 1.400 m³ eine rund 3,5-Fach höhere Kapazität aufweisen als die kleineren Anlagen mit 416 m³. Die Spannweite ist bei den Anlagen sehr gross. Bei den Anlagen bis 150 kWel reichen dieGasspeicherkapazitäten von 50 m³ bis 900 m³, bei den Anlagen über 150 kWel von 250 m³ bis 2.800 m³. Im Ver- gleich zum Vorjahr hat sich die Gasspeicherkapazität sowohl bei den kleineren als auch bei den grösseren Anlagen erhöht.
Hinweis: Pilotphase I wird nicht dargestellt, da es zu Pilotphase II deutliche Verschiebun- gen in den Grössenklassen gab.
Tabelle 3: Gasspeicherkapazitäten der Biogasanlagen
Unterstellt man bspw. den durchschnittlichen Gasverbrauch eines Gasmotors mit 195 kWel Leistung und einem Gasverbrauch von rund 100 Nm³ Biogas pro Stunde (bei 50%
Methananteil), entspräche die Gasspeicherkapazität der kleineren Anlagen durchschnitt- lich rund 4 Stunden und die der grösseren Anlagen durchschnittlich rund 14 Stunden.
6.1.7 Entwicklung der Stromproduktion
Die Stromproduktion der teilnehmenden Biogasanlagen hat sich in Pilotphase III um rund 9,3 % erhöht und lag bei rund 23,5 Gigawattstunden. Die installierte Anlagenleistung reduzierte sich um -2,4 %, die äquivalente Anlagenleistung erhöhte sich um 9,3%.
In Pilotphase II lag die Steigerung der Stromproduktion bei 21,1 %, dabei wurde jedoch auch die installierte Anlagenleistung stark ausgebaut und erhöhte sich um über 22 %.
Tabelle 4: Entwicklung der Stromproduktion in den Pilotphasen
Betrachtet man die Entwicklung der Stromerzeugung nach Grössenklassen zeigt sich, dass die grösseren Anlagen die Stromerzeugung in Pilotphase III mit rund 10 % (Vorjahr
Gasspeicher
BGA bis 150 kW
BGA über 150 kW
BGA bis 150 kW
BGA über 150 kW
Gasspeic hervolumen (m³) 416 1.404 333 948
Pilotphase III Pilotphase II
Stromproduktion
BGA im Benchmarking
(2014)
BGA im Benchmarking
(2013)
BGA im Benchmarking
(2012)
Veränderung 2013/2014
(in %)
Veränderung 2012/2013
(in %) Stromproduktion (kWh) 23.519.182 21.525.240 17.769.008
Stromproduktion (MWh) 23.519 21.525 17.769
Stromproduktion (GWh) 23,5 21,5 17,8
21,1 9,3
25 30,4 %) erneut stärker steigern konnten als die kleineren Anlagen mit rund 6,8 % (Vor- jahr 5,3 %).
Abbildung 6: Entwicklung Stromerzeugung 2014 zu 2013 nach Grössenklassen
6.1.8 Anlagenproduktivität
Bezüglich der Anlagenproduktivität (hier gemessen in Volllaststunden) weisen die kleine- ren Biogasanlagen in Pilotphase III rund 7.500 Volllaststunden auf und konnten die Aus- lastung damit um über 10 % steigern. Die positive Produktivitätsentwicklung aus dem Vorjahr mit einer Steigerung von 3,6 % auf rund 6.800 Volllaststunden, konnte damit fortgesetzt werden.
Tabelle 5: Entwicklung der Anlagenproduktivität (BGA bis 150kW)
Bei einer installierten Leistung von durchschnittlich 111 kWel erreichen die kleineren An- lagen eine äquivalente Leistung von rund 94 kWel. Dies entspricht einem BHKW Ausnüt- zungsgrad von rund 85 %, was als gutes Ergebnis bewertet werden kann. Sowohl die äquivalente Leistung als auch der BHKW Auslastungsgrad konnten gesteigert werden.
Auch setzt sich der positive Trend aus Pilotphase II fort.
BGA bis 150 kW
BGA bis 150 kW
Anlagenproduktivität
Pilotphase III (2014)
Pilotphase II (2013)
Pilotphase I (2012)
Veränderung 13/14 (in %)
Veränderung 12/13 (in %)
Volllaststunden (h) 7.506 6.805 6.569 10,3% 3,6%
Installierte Leistung (KW) 111 110 110 0,5% 0,0%
Äquivalente Leistung (KW) 94 88 83 6,7% 5,3%
BHKW Ausnützunggrad (%) 84,7 79,8 75,8 6,2% 5,3%
BGA bis 150 kW
26 Dagegen erreichen die grösseren Biogasanlagen in Pilotphase III durchschnittlich rund 6.000 Volllaststunden. Dies sind rund 15,6 % mehr als in Pilotphase II mit rund 5.100 Volllaststunden. Die durchschnittliche installierte Leistung reduzierte sich dabei von 289 kWel auf 274 kWel und damit um rund -5 %. Die äquivalente Leistung konnte dage- gen nur um rund 10,5 % gesteigert werden, wodurch der BHKW Auslastungsgrad um 16,3 % gesteigert werden konnte und rund 67 % erreicht.
Damit setzt sich auch bei den grösseren Biogasanlagen der positive Trend aus Pilotphase II fort. In Pilotphase II investierten einige Anlagenbetreiber in grössere BHKW und damit in eine Leistungserweiterung, was sich in einer Reduktion der Volllaststunden ausdrückte.
In den Ergebnissen von Pilotphase III zeigt sich nun, dass die Leistungserweiterungen auch in eine zunehmende Anlagenproduktivität umgesetzt werden konnten.
Tabelle 6: Entwicklung der Anlagenproduktivität (BGA über 150kW)
6.1.9 Wärmenutzungskonzepte und Grad der Wärmenutzung
Die Wärmenutzung hat bei den Biogasanlagen im Benchmarking eine wachsende Bedeu- tung. Nutzten in Pilotphase I erst 15 Anlagen Abwärme, waren es in Pilotphase II und III bereits 17 Biogasanlagen. Die Wärmenutzung lässt sich grundsätzlich in eine interne und eine externe Wärmenutzung unterscheiden (ohne Eigenwärmebedarf der Biogasanlage).
In der internen Wärmenutzung wird die Wärme hauptsächlich für das Heizen der Wohn- häuser am Standortbetrieb der Biogasanlage, der Betriebsgebäude und der Ställe (vor allem Schweine- und Geflügelställe), der Warmwasserbereitung für den Landwirtschafts- betrieb, der Heu- und der Holztrocknung genutzt. Die Wärme wird in der internen Nut- zung nicht verkauft, die Erlöse werden mittels eines kalkulatorischen Wärmepreises im Benchmarking berücksichtigt. Die interne Wärmenutzung wird bei einigen Biogasanlagen nicht gemessen, bei diesen wurde der Energiebedarf anhand der Wärmenutzungspfade berechnet.
Im Gegensatz zur internen Wärmenutzung wird die externe Wärmenutzung über den ef- fektiven Verkauf der Wärme gewertet. In der externen Wärmenutzung sind die wichtigs- ten Wärmenutzungspfade Nahwärmenetze an Privat- und Gewerbekunden. Dabei reicht die Spanne des Nahwärmenetzes von der Lieferung an ein Nachbarwohnhaus bis hin zu
BGA über 150 kW
BGA über 150 kW
Anlagenproduktivität
Pilotphase III (2014)
Pilotphase II (2013)
Pilotphase I (2012)
Veränderung 13/14 (in %)
Veränderung 12/13 (in %)
Volllaststunden (h) 5.932 5.130 5.509 15,6% -6,9%
Installierte Leistung (KW) 274 289 218 -5,0% 32,6%
Äquivalente Leistung (KW) 184 167 128 10,5% 30,4%
BHKW Ausnützunggrad (%) 67,2 57,8 58,8 16,3% -1,7%
BGA über 150 kW
27 umfangreichen Nahwärmenetzen mit einer Länge von bis zu 2.500 Metern. Zudem wird die Wärme extern in Gewächshäusern und der Holztrocknung genutzt.
Insgesamt konnte die Wärmenutzung in Pilotphase III um rund 29 % auf über 10 Mio.
kWh gesteigert werden (Pilotphase II: Steigerung um rund 55 %). Dabei hat sich insbe- sondere die externe Wärmenutzung mit einer Steigerung um rund 67 % positiv entwi- ckelt (Pilotphase II: +64 %). Die interne Wärmenutzung wurde dagegen nicht ausgebaut und reduzierte sich um -2,3 % (Pilotphase II: +45 %). Der Anteil der externen Wärme- nutzung betrug in Pilotphase III rund 59 % (Pilotphase II: 46 %). Damit konnte der An- teil der externen Wärmenutzung um rund 28 % gesteigert werden (Pilotphase II: 8 %).
In Abbildung 7 ist die absolute Entwicklung der Wärmenutzung (ohne Wärmebedarf der Biogasanlage) detailliert dargestellt.
Abbildung 7: Entwicklung der Wärmenutzung (ohne Wärmebedarf der Biogasanlage)
6.1.10 Substrateinsatz
In Abbildung 8 ist der durchschnittliche Substrateinsatz der teilnehmenden Biogasanla- gen in Pilotphase III dargestellt. Die Einteilung der Substrate folgt nicht der Systematik gemäss Energieverordnung (EnV) Anhang 1.5 – Biomasse, insbesondere erfolgt keine Unterscheidung in Substrate landwirtschaftlicher und nicht landwirtschaftlicher Herkunft.
Insgesamt wurden in Pilotphase III rund 170.000 Tonnen Substrate (inkl. Hofdünger) (Pilotphase II: 152.000 Tonnen, Pilotphase I: 142.000 Tonnen) in den teilnehmenden Anlagen verarbeitet. Hofdünger hatten dabei mit rund 76 % den grössten Anteil. Neben dem Hofdünger wurden auch landwirtschaftliche Substrate wie Zwischenfrüchte, Mais- stroh und Futterreste verarbeitet, welche jedoch mit einem Anteil von rund 0,6 % eine untergeordnete Bedeutung aufwiesen.
Rund 23 % der total eingesetzten Substrate waren organische Abfallstoffe landwirtschaft- licher und nicht landwirtschaftlicher Herkunft.
28 Die eingesetzten organischen Abfallstoffe setzten sich zusammen aus Gemüse- und Ob- stresten (7,1 %), Grüngut und Rasenschnitt (nur die vergärbaren Fraktionen; 3,1 %) sowie Gastro- und Lebensmittelabfälle (4,2 %). Unter der Sammelrubrik sonstige pflanz- liche Abfallstoffe (3,3 %) fallen Substrate unterschiedlichster pflanzlicher Herkunft (z.B.
Kaffeesatz, Tee, Melasse, Brennereiabfälle). Unter sonstigen tierischen Abfallstoffen (1,2 %) sind unterschiedliche Substrate wie z.B. Milch, Molke, Permeat, Fleischsuppe oder Panseninhalt zusammengefasst. Energiereiche pflanzliche Flüssigsubstrate haben einen Mengenanteil von 2,6 %, Getreide und Getreideabfälle einen Anteil von 1,8 %.
Abbildung 8: Durchschnittlicher Substrateinsatz der Biogasanlagen in Pilotphase III Hinweis: Die Graphiken zum Substrateinsatz der teilnehmenden Biogasanlagen in den Pilotphasen II und I finden sich im Anhang.
In Pilotphase III erhöhte sich der absolute Substrateinsatz bezogen auf die Frischmasse um rund 12 % (Pilotphase II: +6,8 %)(siehe Abbildung 9). Dabei erhöhte sich der Ein- satz von Hofdüngern wie schon in Pilotphase II noch einmal deutlich. Während bei Rin- dergülle/-Mist nur eine geringe Zunahme um rund 0,8 % zu verzeichnen war (Pilotphase II: +30 %), erhöhte sich vor allem der Einsatz von Schweinegülle/-Mist um rund 42,8 % (Pilotphase II: -17 %). Daneben haben sich auch die Anteile an Geflügelmist um rund 10,6 % (Pilotphase II: +13 %) und Pferdemist um rund 13,2 % erhöht (Pilotphase II:
+69 %).
Bei den organischen Abfallstoffen gab es in Pilotphase III bei den energiereichen Substra- ten ein uneinheitliches Bild. Während der Einsatz von Gastroabfälle mit -11,6 % zurück- ging (Pilotphase II: +28 %), erhöhten sich die Einsatzmengen energiereicher pflanzli- cher Flüssigsubstrate um rund 12,2 % (Pilotphase II: +82 %).
Bei allen weiteren organischen Abfallstoffen war ebenfalls eine Erhöhung der Einsatz- mengen zu verzeichnen. Die stärksten Entwicklungen gab es bei Grüngut/ Rasenschnitt
29 mit rund +69.6 % (Pilotphase II: -9 %), Gemüse- und Obstresten mit rund +31,8 % (Pilotphase II: -30) und tierischen Abfallstoffen mit rund 19,2 % (Pilotphase II: -73%).
Abbildung 9: Veränderung Substrateinsatz Pilotphase III zu Pilotphase II
Abbildung 10: Veränderung Substrateinsatz Pilotphase II zu Pilotphase I
